Moteur à taux de compression variable

Pour expliquer certains fonctionnements, principes et fondements.
Teuk
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Messagepar Teuk » Dim Jan 30, 2011 12:48 pm

Bonjour a tous!
Je viens d'avoir l'idée d'un moteur factice Lego a taux de compression variable, et comme mes Lego sont a l'autre bout de la France, je vais partager, voir si ca interesse quelqu'un.

Pour commencer, je vais expliquer a quoi sert un moteur a taux de compression variable (ou VCR, pour Variable Compression Rate, ca va plus vite), pour ceux qui ne savent pas.
Grossièrement, un moteur est caractérisé par sa cylindrée, qui détermine sa puissance, et son taux de compression, qui détermine le rendement.

Image
Sur ce schéma, on note Vpmb le volume de la chambre du piston au point mort bas, et Vpmh ce volume au point mort haut.
Cylindrée = Vpmb-Vpmh
Taux de compression = Vpmb/Vpmh

D'après ces formules, on voit que la cylindrée dépend de la course du piston, et que le taux de compression dépend de s'il effectue cette "plutôt en haut" ou "plutôt en bas".
Le but d'un moteur VCR est justement de déplacer cette course sans changer la cylindrée.
On fait cela parce que plus le taux de compression est élevé, plus le rendement l'est aussi. on va donc chercher a avoir Vpmh le plus petit possible, c'est a dire on va remonter le piston au maximum.
Seulement, quand le moteur est chaud (vitesse élevée), il y a un risque pour que le carburant s'enflamme spontanément pendant la phase de compression, ce qui signifie la casse du moteur. Ce risque augmente avec le taux de compression, on va donc chercher a le diminuer quand le régime moteur augmente.



Voila pour la théorie :grad: , passons a la pratique! (Ce qui est relatif dans mon cas, car vu que je n'ai pas mes Lego, la pratique, ca se passe sur SR3D... :fume: )

J'ai d'abord essayé de reproduire le système réel, ce qui donne ceci:

Image

Le mouvement du piston entraine la crémaillère rouge, qui entraine un 8t qui elle même roule le long de la crémaillère bleue (qui est fixée) et entraine la bielle, qui entraine le vilebrequin, etc.
Le réglage du taux de compression se fait en montant et descendant la crémaillère bleue: si on monte la crémaillère bleue, la crémaillère rouge et le piston descendent et le taux de compression diminue. :bounce:

Avec ce système, le piston a une course deux fois plus grande que le vilebrequin, a cause de l'effet multiplicateur crémaillère/pignon/crémaillère, se qui signifie dans notre cas une course de 2 tenons. et c'est trop:

Image

Comme on le voit, ca fait sortir le piston de beaucoup de cylindre, donc ca ne marche pas. :ouch:
Les solutions possibles seraient d'empiler plusieurs cylindres (mais c'est moche :brrr: ) ou d'avoir une excentration du vilebrequin inferieure a 1/4 de tenon (mais c'est impossible :reflechi: )


Comme je n'allais pas abandonner pour si peu, j'ai pondu mon propre système de VCR 8)

Image
Image

La bielle rouge permet de réduire la course du piston a 1/3 de tenon et la bielle bleue commande toujours le taux de compression en montant ou descendant. Enfin la bielle verte permet de raccorder le vilebrequin au système.

Il ne reste plus qu'un problème a régler, a savoir la commande du taux de compression en déplaçant la bielle bleue de haut en bas.
Soit on peut faire une commande manuelle, mais c'est pas terrible ni très réaliste :/
Soit je pense a utiliser une pièce comme celle-ci, en prise sur le vilebrequin, mais plus compacte puisqu'on a besoin d'une course d'1 tenon (contrairement a l'auteur de la vidéo qui doit avoir 2 tenons de déplacement pour piloter sa boite de vitesse).
Et la je suis complètement bloqué sans mes Lego, SR3D ne saurait pas simuler le comportement dynamique d'un tel montage...

Donc voila, si ca intéresse quelqu'un, je serais curieux de voir ce que ca donne en vrais

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Messagepar rockleone » Dim Jan 30, 2011 1:04 pm

Salut teuk!

Ton système et très ingénieux mais,je ne vois pas ou est l'entrée et ou est la sortie,et tout simplement,il y a surement des choses que je ne comprend pas.Même ton histoire de taux de compression je ne comprend pas se que cela veux dire. :(

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Messagepar Teuk » Dim Jan 30, 2011 1:25 pm

En fait il y a 2 entrées et une sortie.
Comme on est en Lego, c'est le modèle qui entraine le moteur, et non l'inverse comme dans la réalité.
Donc ici la sortie c'est le piston qui monte et qui descend

Ensuite, sur les deux entrées, il y a une entrée principale et une entrée de commande.
L'entrée principale est le vilebrequin, qui entraine la bielle verte, et par un jeu de levier, le piston.

L'entrée de commande est la poutre bleue, qui reste verticale tout le temps, et qui en montant ou descendant, déplace aussi le piston de haut en bas, mais a un rythme beaucoup moins élevé.

Par exemple, si un tel moteur est monté sur une voiture, le vilebrequin va faire plusieurs tours par tour de roue, tans dis que la poutre de commande va se trouver en haut quand la voiture roule lentement, et en bas quand elle roule vite, mais elle peut être considérée comme fixe la plupart du temps.


Pour le taux de compression, il s'agit de combien on comprime les gaz pendant la phase de compression d'un moteur 4 temps. Plus on compresse, plus le rendement est élevé et moins on consomme. Mais comme je l'ai expliqué on ne peux pas comprimer autant quand le moteur est chaud, d'où l'idée du VCR: On compresse beaucoup quand le moteur n'est pas trop chaud, et on compresse moins quand il chauffe, ou autrement dit quand on monte dans les tours.


J'espère que c'est plus clair comme ca ;)

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Messagepar Khan » Dim Jan 30, 2011 1:41 pm

Il y a quelque temps, j'avais vu dans un Science & Vie un schéma de moteur VCR, sur lequel la variation se faisait non pas en décalant la partie mobile du moteur (pistons, vilebrequin & co) mais plutot la partie statique : les cylindres. En fait, ceux-ci étaient simplement basculés de quelques degrés.
Image Image Image Image Image

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Messagepar Teuk » Dim Jan 30, 2011 1:54 pm

Intéressant, je vais essayer de voir comment ca pourrai marcher en Lego. Ça risque d'être plus simple et ca a l'avantage d'être plus visible sur un modèle en fonctionnement.

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Messagepar rockleone » Dim Jan 30, 2011 2:14 pm

Merci teuk!

J'ai tout compris :D .
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Messagepar Nico71 » Lun Jan 31, 2011 7:20 pm

Le deuxième système avec des bielles et celui utilisé pour les pompes axiale à débit variable. Je ne crois pas que se soit utilisé en vrai à cause des efforts importants en mode moteur.

Sur un moteur réel c'est le système à crémaillère qui est utilisé ?

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Messagepar Teuk » Lun Jan 31, 2011 9:44 pm

Sur un moteur réel, c'est bien le système a crémaillère qui est utilisé. D'ailleurs en y repensant l'échelle serait un peu mieux respectée avec une 24t au centre.
Exemple de moteur VCR:
Image


Les crémaillères permettent d'autres gains de rendement que ne permettent pas les bielles, notamment parce que le piston travaille sur un effort purement axial, ce qui évite pas mal de frottement, et parce que la démultiplication permet de réduire le vilebrequin, ce qui réduit son inertie et son balourd.

Dans un système réel a bielle comme le mien, le point de levier serait probablement inversé pour avoir une course plus courte au niveau du vilebrequin que sur le piston, comme avec les crémaillères. Si je propose ce système ainsi, c'est pour pouvoir le réaliser en Lego :)

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Messagepar Skanzo » Mar Fév 01, 2011 7:30 pm

Salut!
J'aime bien ton idée de moteur à compression variable :)

J'ai essayé de trouver une autre solution, ou plutôt non, j'ai essayé garder le système de crémaillère mais sur une trajectoire circulaire.
Mais avant j'ai une question : sur ton système de crémaillère, si on met le vilebrequin sur la partie bleue et que c'est la partie verte qui contrôle la compression, on arrive sensiblement au même résultat, non?

Donc dans l'optique que l'on peut inverser les deux entrées, j'ai trouvé intéressant d'utiliser cette pièce en binôme (l'équivalent étant une 36t).
Image
- Le vilebrequin est fixé en bout de bras de la pièce bleue, on a un mouvement oscillatoire circulaire.
- En vert le pendule inverse le sens de rotation grâce aux 4 16t.
- Le mouvement arrive sur la partie rouge, le piston étant fixé en bout de bras.
On récupère exactement le même mouvement, sans démultiplication.

Si on agit sur l'angle du pendule vert (par le biais de la tige), la pièce bleue reste fixe et c'est la partie rouge qui déplace la course du piston, modifiant alors le taux de compression, sans changer la cylindrée.

Par contre je n'ai pas pu tester complètement ce système, ni avec SR3D (les 16t restent fixes quand on bouge le pendule), ni en réel (j'ai pas beaucoup de pièces à disposition). En tout cas sur pc tout a toujours l'air plus simple alors qu'en réalité... :siffle:

En espèrant Teuk t'avoir été d'une quelconque aide, je te laisse le fichier SR3D :hello:
Trop dur les legos, je me mets aux clipos!! :tare:

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Messagepar artemisart » Mar Fév 01, 2011 7:46 pm

Skanzo a écrit:Mais avant j'ai une question : sur ton système de crémaillère, si on met le vilebrequin sur la partie bleue et que c'est la partie verte qui contrôle la compression, on arrive sensiblement au même résultat, non?

Pour répondre a ta question : c'est pas vraiment pareil, la course du piston s'agrandit si on ne change pas la fixation de la pièce bleue et le mouvement est inversé ( mais dans notre cas cela ne change rien ).

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Messagepar Nico71 » Lun Fév 14, 2011 3:17 pm

Pour mieux comprendre comment ça marche :

http://www2c.ac-lille.fr/eiffel/cpge/animation92.html

Deux animations à voir :)

chat4643
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Messagepar chat4643 » Dim Juin 26, 2011 9:20 pm

sur certain moteur on ne touche pas a l'attelage mobile (bielle piston et villebrequin) mais on fait monter ou descendre l'ensemble chemise de piston et culasse

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Xtof
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Messagepar Xtof » Dim Juin 26, 2011 10:14 pm

chat4643 a écrit:sur certain moteur on ne touche pas a l'attelage mobile (bielle piston et villebrequin) mais on fait monter ou descendre l'ensemble chemise de piston et culasse


Bonjour Chat4643
Je n'ai pas vu ta présentation dans la page concernée (Présentation des membres) ?


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